空调水系统节能技术分析

空调水系统节能技术分析

摘要：能源紧缺的加剧, 国家对节能工作的要求越来越高, 空调系统的节能引起了越来越多设计人员和业主的关注。空调水系统作为空调系统的一个重要组成部分, 具有巨大节能潜力。本文探讨了空调水系统节能技术。

关键词：空调；水系统；节能；技术

近年来，随着中央空调系统的普及，高额的空调运行费用成为人们日益关注的问题。因此，对空调水系统的节能技术研究尤为重要。

一、空调水系统概述

空调冷水系统可以归纳为以下三种形式：一次泵定流量系统：冷源侧定流量，负荷侧定流量，无变频泵；二次泵变流量系统: 冷源侧定流量，负荷侧变流量，负荷侧采用变频泵；一次泵变流量系统:冷源侧变流量，负荷侧变流量，冷源侧与负荷侧采用同一个变频泵。

1、一次泵定流量系统

一次泵定流量系统是国内空调工程设计中应用较多的一种形式。其特点是:通过蒸发器的冷水流量不变, 因此蒸发器不存在发生结冰的危险。当系统负荷侧冷负荷减少时,通过减小冷水的供、回水温差来适应负荷的变化, 所以在绝大部分运行时间内,空调水系统处于大流量、小温差的状态,不利于节约水泵的能耗。

2、二次泵变流量系统

二次泵变流量系统是在冷水机组蒸发器侧流量恒定的前提下, 把传统的一次泵分为两级, 包括冷源侧和负荷侧两个水环路。其最大特点在于冷源侧一次泵的流量不变, 二次泵则能通过末端负荷的需求调节流量。对于适应负荷变化较弱的一些冷水机组产品来说, 保证流过蒸发器的流量不变是很重要的, 只有这样才能防止蒸发器发生结冰事故,确保冷水机组水温稳定。由于二次泵能根据末端负荷调节流量,与一次泵定流量系统相比, 能节约相当一部分水泵耗能。

3、一次泵变流量系统

一次泵变流量系统选择可变流量的冷水机组, 使蒸发器侧流量随空调负荷的变化而改变,从而最大限度地降低水泵耗能。与一次泵定流量系统相比,把定频水泵改为变频水泵，故水系统设计和运行调节方法不同，控制更复杂，但节能效果更明显。

二、空调水系统节能技术

1 、变流量水系统

在水系统设计中, 冷冻水泵的容量是按照建筑物最大设计负荷选定的, 但是实际空调负荷在全年的绝大部分时间内远比设计负荷低, 绝大多数时间是在部分负荷下运行, 而且负荷率在50%以下的运行时间要占一半以上。部分负荷时运行调节的传统方法是采用质调节(定流量, 调节温度)。在定流量水系统中，没有任何自动控制水量的措施, 系统的水量变化基本上由水泵的运行台数决定，如图1 所示。这种方法存在的问题是随着负荷的减少不仅不能减低系统的能耗，而且当存在再热、混合等损失时, 能耗反而增加。与之相对应的量调节(变流量调节) 不仅可防止或减少运行调节的再热、混合等损失，而且由于流量随负荷的减少而减少, 使输送动力能耗大幅度降低。

图1 定流量系统

变水量的四种基本控制方法如图2所示。

用三通阀的控制方式对于空气处理设备虽可实现变水量, 但对整个水系统而言, 则是定水量方式。因此, 水泵的动力不可能节省, 用双通阀的控制方式是改变管路性能曲线, 以使系统的工作点发生变化, 结果是流量减少, 压力增加, 水泵的动力降低有限。转速控制是改变水泵性能的方法, 随着转速下降, 流量和压力均降低, 而水泵动力以转速比三次方的比例减少。所以这种方式具有极好的节能性。台数控制是目前采用较多的控制方式。它简便易行, 其节能及经济效果十分显著。此外, 还可以采用相互结合的控制方式, 如台数+ 转速控制等。

图2变水量控制方式

2、空调水系统的水力平衡

空调水系统水力失调现象时有发生，其原因很多：有设计上的、施工中的、还有运行管理上的。在设计计算中由于管内流速不允许超过限定流速和管径规格等因素的限制,在施工过程中因现场施工条件限制, 无法按照设计施工图进行施工, 增加或减少了部分额外阻力, 结果破坏了原有的设计平衡。

空调水系统水力失调称为静态水力失调; 而在运行中, 末端装置的阀门开度改变引起水流量变化时, 系统压力会产生波动, 其它末端装置的流量也随之改变而偏离其要求的流量，由此引起的空调水系统失调称为动态水力失调。

空调水系统的水力失调造成空调系统中各环路或末端装置中的实际流量与规定流量之间的不一致性, 导致的表面现象是各用户的室内热环境差, 如系统的各房间冷热不均, 温湿度达不到要求等。实际上还隐含着系统和设备效率的降低, 由此引起能源消耗的增加,如:

（1）由于系统不平衡而导致室内温度偏离所造成的能耗增加。

（2）目前在实际工程中常采用安装大一些的水泵以加大管路循环流量的办法来改善空调水系统水力失调现象。

（3）空调系统在每天早晨需要用设备满负荷运行, 尽快对系统进行预冷或预热,以恢复到舒适状态。若系统水环路平衡性好将会缩短预冷预热时间。如果设备启动时间小于30min, 那么每天可减少6% 的能源消耗。

（4）水流量之间相互影响的非兼容性,会导致冷水机组选择过大, 降低使用季节的平均性能系数。

（5）水流量的非兼容性还会形成反向流动的混合点, 使供水温度在供热时降低,供冷时升高。因此, 采用二次泵时, 必须重视“一、二次环路水流量应兼容”这个原则,二次回路流量要小于或等于一次回路, 否则会在一、二次回路的结合处产生混合点,从而降低系统效率, 造成能量损失。实践证明，平衡阀是实现空调水系统水力平衡最基本而有效的平衡元件, 通过对平衡阀的正确设计与合理使用, 不仅可以提高空调水系统的水力稳定性, 而且能使系统在最短时间、最小能耗下达到用户所需求的舒适环境, 并能大大降低系统能耗。

目前, 常使用的平衡阀有:

（1）静态水力平衡阀。静态水力平衡阀是一种可以精确调节阀门阻力系数的手动调节阀, 故又称手动平衡阀, 其功能是用来解决空调水系统的静态失调问题。静态水力平衡阀一般安装在: 干管、立管、支管路上, 分级设置主管平衡阀、立管平衡阀、支管平衡阀; 机房集水器每支环路回水管上。

（2）动态流量平衡阀。动态流量平衡阀也称自动流量平衡阀, 是一种保持流量不变的定流量阀。其功能是: 当系统的某些末端设备( 如风机盘管、新风机组等) 改变流量而导致管网压力发生改变时, 使其他末端设备的流量保持不变, 仍然与设计值相一致。

（3）动态压差控制阀. 动态压差控制阀又称压差控制器。其应用方式有: 用在立管回水管上, 稳定立管环路供、回水管之间的压差; 用在分层分支管环路回水管上, 稳定分支环路供、回水管之间的压差; 用在电动调节阀的两端时, 稳定电动调节阀两端的压差, 改善调节阀的调节性能, 是一种与电动调节阀相匹配的最佳水力平衡措施。

3、冷冻水系统的其它节能措施

现在的工程大都是按冷冻水供回水温差为5 􀀁设计的。如果能提高供回水温差, 就意味着减少了冷冻水流量, 降低了输送能耗。当然这涉及到主机性能、末端性能、保温材料等一系列问题, 但现有的技术及施工水平要满足这些